第四章切削力 4．1 必备知识和考试要点 4．1．1 切削力的来源，切削合力及其分解，切削功率 1．了解切削力的来源。 2．掌握切削力的合成与分解方法，明确切削力各分力的作用。 3．掌握根据已知条件计算切削功率并确定机床电动机功率的方法。 4．1．2 切削力的测量及切削力的计算机辅助测试 1．了解测量切削力的主要方法。 2．了解电阻应变片式测力仪的工作原理。 3．了解切削力的计算机辅助测试方法。 4．1．3 切削力的指数公式和切削力的预报及估算 1．熟悉切削力的指数公式及公式中各符号的意义。 2，掌握根据切削力计算公式计算单位切削力及单位切削功率的方法。 3．熟练掌握切削力经验公式的建立过程。 4．1．4 影响切削力的因素 1．掌握被加工工件材料对切削力影响的要点。 2．掌握切削用量对切削力影响的要点。 3．能够正确分析背吃刀量、进给量对切削力影响程度不同的原因。 4．能够正确分析切削速度对切削力影响产生的驼峰曲线关系的原因。 5．掌握刀具前角对切削力影响的要点。 6．正确分析主偏角对各切削分力影响程度不同的原因。 7．掌握刀具材料对切削力影响的要点。 8．掌握切削液对切削力影响的要点。 9．掌握刀具磨损对切削力影响的要点。 4．1．5 其它 1．了解切削力的理论公式建立。 2．了解切削力理论公式的不足。 4．2 典型范例和答题技巧 [例4．1] 车削时切削合力F r为什么常分为三个相互垂直的分力?说明这三个分力的作用。 [分析]作用在切削刃上的切削力是沿空间的某一方向，根据切削运动，可以将合力分解成沿各运动方向的分力。车削是按主运动(切削速度)方向、进给运动(进给量)方向、切深运动(背吃刀量)方向进行分解，三个方向的分力在车削时是互相垂直的。同时，车床完成上述三个方向运动的各运动机构也将以各分力为设计、计算的依据参数。而钻削加工是把切削力分解成轴向力和扭矩，同样也是为了便于设计、计算机床功率、运动机构强度等问题。 [答案] 切削合力方向为空间的某一方向，与切削运动中的三个运动方向均不重合，切削力是设计、计算机床功率、校验运动机构强度、合理选择切削用量、提高工件加工精度的一个重要参数或影响因素。所以按照车削的实际情况，将切削力沿车削时的三个运动方向分解成三个力(见例图4．1)。车削时的切削运动为：主运动(切削速度)、进给运动(进给量)、切深运动(背吃刀量)。三个运动方向在车削时是互相垂直的，所以车削时将切削力分解成沿三个运动方向、互相垂直的分力。 各分力的名称、定义及作用为： F t(新国标为F c)——切削力或切向力。它切于加工表面并与基面垂直。F x是计算车刀
刀具在加工过程中的磨损以及应对策略 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 刀具磨损是切削加工中基本的问题之一。了解刀具磨损的情况和原因，可以帮助刀具制造商以及用户延长数控刀具寿命。现在的数控刀具都会采用涂层技术（包括采用新的合金元素），这进一步有效的延长了刀具的使用寿命，同时可以显著提高生产率。 一、刀具磨损机理介绍 在金属切削加工中，产生的热量和摩擦是能量的表现形式。由很高的表面负荷以及切屑沿刀具前刀面高速滑移而产生的热量和摩擦，使刀具处于一种极具挑战性的加工环境中。 切削力的大小往往会上下波动，主要取决于不同的加工条件（如工件材料中存在硬质成份，或进行断续切削）。因此，为了在切削高温下保持其强度，要求刀具具有一些基本特性，包括极好的韧性、耐磨性和高硬度。
尽管刀具/工件界面处的切削温度是决定几乎所有刀具材料磨损率的关键要素，但要确定计算切削温度所需的参数值却十分困难。不过，切削试验的测量结果可以为一些经验性的方法奠定基础。 通常可以假定，在切削中产生的能量被转化为热量，而通常这些热量的80％都被切屑带走（这一比例的变化取决于几个要素——尤其是切削速度）。其余大约20％的热量则传入刀具之中。即使在切削硬度不太高的钢件时，刀具温度也可能会超过550℃，这是高速钢在硬度不降低的前提下能够承受的高温度。用聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具切削淬硬钢时，刀具和切屑的温度通常将超过1000℃。 二、刀具磨损与刀具寿命 刀具磨损通常包括以下几种类型：①后刀面磨损；②刻划磨损；③月牙洼磨损；④切削刃磨钝；⑤切削刃崩刃；⑥切削刃裂纹；⑦灾难性失效。 对于刀具寿命，并没有被普遍接受的统一定义，通常取决于不同的工件和刀具材料，以及不同的切削工艺。定量分析刀具寿命终止点的一种方式是设定一个可以接受的后刀面磨损极限值（用VB或VBmax表示）。刀具寿命可用预期刀具寿命的泰勒公式表示，即VcTn=C，该公式的一种更常用的形式为VcTn×Dxfy=C式中，Vc为切削速度；T为刀具寿命；D为切削深度；f为进给率；x和y由实验确定；n和C是根据实验或已发表的技术资料确定的常数，它们表示刀具材料、工件和进给率的特性。
灰铸铁的热处理 退火 1.去应力退火为了消除铸件的残余应力，稳定其几何尺寸，减少或消除切削加工后产生的畸变，需要对铸件进行去应力退火。 去应力退火温度的确定，必须考虑铸铁的化学成分。普通灰铸铁当温度起过550℃时，即可能发生部分渗碳体的石墨化和粒化，使强度和硬度降低。当含有合金元素时，渗碳体开始分解的温度可提高到650℃左右。 通常，普通灰铸铁去应力退火温度以550℃为宜，低合金灰铸铁为600℃，高合金灰铸铁是可提高到650℃，加热速度一般选用60～120℃/h.保温时间决定于加热温度、铸件的大小和结构复杂程度以及对消除应力程度的要求。铸件去应力退火的冷却速度必须缓慢，以免产生二次残余内应力，冷却速度一般控制在20～40℃/h，冷却到200～150℃以下，可出炉空冷。 一些灰铸铁件的去应力退火规范示于表1. 2.石墨化退火灰铸铁件进行石墨化退火是为了降低硬度，改善加工性能，提高铸铁的塑性和韧性。 若铸件中不存在共晶渗碳体或其数量不多时，可进行低温石墨化退火；当铸件中共晶渗碳体数量较多时，须进行高温石墨化退火。 （1）低温石墨化退火，铸铁低温退火时会出现共析渗碳体石墨化与粒化，从而使铸件硬度降低，塑性增加。 灰铸铁低温石墨化退火工艺是将铸件加热到稍低于Ac1下限温度，保温一段时间使共析渗碳体分解，然后随炉冷却。
（2）高温石墨化退火，高温石墨化退火工艺是将铸件加热至高于Ac1上限以上的温度，使铸铁中的自由渗碳体分解为奥氏体和石墨，保温一段时间后根据所要求的基体组织按不同的方式进行冷却。 正火 灰铸铁正火的目的是提高铸件的强度、硬度和耐磨性，或作为表面淬火的预备热处理，改善基体组织。一般的正火是将铸件加热到Ac上限+30～50℃，使原始组织转变为奥氏体，保温一段时间后出炉空冷。形状复杂的或较重要的铸件正火处理后需再进行消除内应力的退火。如铸铁原始组织中存在过量的自由渗碳体，则必须先加热到Ac1上限+50～100℃的温度，先进行高温石墨化以消除自由渗碳体在正火温度范围内，温度愈高，硬度也愈高。因此，要求正火后的铸铁具有较高硬度和耐磨性时，可选择加热温度的上限。 正火后冷却速度影响铁素体的析出量，从而对硬度产生影响。冷速愈大，析出的铁素体数量愈少，硬度愈高。因此可采用控制冷却速度的方法）（空冷、风冷、雾冷），达到调整铸铁硬度的目的。 淬火与回火 1.淬火铸铁淬火工艺是将铸件加热到Ac1上限+30～50℃的温度，一般取850～900℃，使组织转变成奥氏体，并在此温度下保温，以增加碳在奥氏体中的溶解度，然后进行淬火，通常采用油淬。 对于形状复杂或大型铸件应缓慢加热，必要时可在500～650℃预热，以避免不均匀加热而造成开裂。 随奥氏体化温度升高，淬火后的硬度越高，但过高的奥氏体化温度，不但增加铸铁变形和开裂的危险，并产生较多的残留奥氏体，使硬度下降。 灰铸铁的淬透性与石墨大小、形状、分布、化学成分以及奥氏体晶粒度有关。
] 3[切削用量对切削力的影响比较 （陕西理工学院 机械工程学院 ） 摘 要：通过分析切削力单因素实验，探讨切削用量对切削力的影响规律； 同时讨论刀具几何参数对切削力的影响，得出一般结论；进而对比说明精密切削切削力的特殊规律。 关键词：切削变形；切削力；刀具；精密切削；规律 1.引言 金属机械加工过程中，产生的切削力直接影响工件的粗糙度和加工精度，同 时也是确定切削用量的基本参数。所以掌握切削用量对切削力的影响规律也显得重要。本文从一般切削和精密切削两个方面对切削用量对切削力的影响规律做初步探讨。 2.金属切削加工机理 金属切削加工是机械制造业中最基本的加工方法之一。金属切削加工是指在金属切削机床上使用金属切削刀具从工件表面上切除多余金属，从而获得在形状、尺寸精度及表面质量等方面都符合预定要求的加工。 2.1切削加工原理 利用刀具与工件之间的相对运动，在材料表面产生剪切变形、摩擦挤压和滑移变形，进而形成切屑。 2.2切削变形 根据金属切削实验中切削层的变形，如图1-2，可以将切削刃作用部位的切削层划分为3个变形区。 第Ⅰ变形区：剪切滑移区。该变 形区包括三个过程，分别是切削层弹 性变形、塑性变形、成为切屑。 第Ⅱ变形区：前刀面挤压摩擦区。 该变形区的金属层受到高温高压作用， 使靠近刀具前面处的金属纤维化。 第Ⅲ变形区：后刀面挤压摩擦区。 该变形区造成工件表层金属纤维化与 图1-2 切削层的变形区 加工硬化，并产生残余应力。
F x F y F z F xy F Z F 22222++=+ =] 1[3.切削力 切削力是指切削过程中作用在刀具或工件上的力，它是工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力。 3.1切削力来源 根据切削变形的不同，切削过程中刀具会受到三种力的作用，即： （1）克服切削层弹性变形的抗力 （2）克服切削层塑性变形的抗力 （3）克服切屑对刀具前面、工件对刀具后面的摩擦力 3.2切削力的合成与分解 图2 - 2 切削力合力和分力 图2-2为车削外圆时切削力的合力与分力示意图。图中字母分别表示： N 1、F 1——作用在车刀前刀面的正压力、摩擦力 N 2、F 2——作用在车刀后刀面的正压力、摩擦力 Q 1、Q 2——N1与F 1、N 2与F 2的合力 F ——Q 1与Q 2的合力，即总切削力 一般地，为了研究方便，将总切削力F 按实际运动效果分为以下三个分力： 切削力F z ——垂直于水平面，与切削速度的方向一致，且该分力最大。 径向切削力F y ——在基面内，与进给方向垂直，沿切削深度方向，不做功，但能使工件变形或造成振动。 轴向切削力F x ——在基面内，与进给方向平行。 由图2-2可知，合力与各分力之间的关系为： 其中： k r F xy F x sin =。式中：F xy ——合力在基面上的分力。 k r F xy F y cos =
铸铁的分类及特性 从铁碳相图中知道，含碳量大于 2.06%的铁碳合金称为铸铁 尽管铸铁强度、塑性、韧性较差，不能进行锻造，但它具有优良的铸造性、减摩性、切削加工等一系列性能特点；另外其生产设备和工艺简单、价格低廉，因此得到了广泛的应用。 1.铸铁的分类 铸铁的常用分类方法有两种：一是按石墨化程度；二是按石墨结晶形态。 按石墨化程度可分为： ①灰口铸铁：即在第一和第二阶段石墨化过程中都得到了充分石墨化的铸铁，其断口呈暗灰色。 ②白口铸铁：即第一、二和三阶段的石墨化全部被抑制，完全按Fe—Fe s C相图进行结晶而得到的铸铁。 ③麻口铸铁：即在第一阶段的石墨化过程中便未得到充分石墨 化的铸 铁。 按石墨结晶形态分： ①灰口铸铁：铸铁组织中的石墨形态呈片状结晶。 ②可锻铸铁：铸铁组织中的石墨形态呈固絮状。 ③球墨铸铁：铸铁组织中的石墨形态呈球状。 2.铸铁的编号基本性能及用途
(1)灰口铸铁：根据GB976 —67所规定的编号、牌号用“HT 表示灰口铸铁，后面两项数字分别表示其抗拉和抗弯强度的最低值。女口HT20 —40表示抗拉强度和抗弯强度最低值为200MN/m2 和 400MN/m2。 灰口铸铁具有优良的铸造性、切削加工性，优良的减摩性。 良好的消震性和缺口敏感性，故而灰口铸铁主要用于制造各种承受压力和要求消震性的床身、机架、复杂的箱体、壳体和经受磨擦的导轨、罐体等。 （2）可锻铸铁：按GB978 —67规定牌号以“ KT”和 “ KTZ ” 表示可锻铸铁，其中“ KT”表示铁素体可铸铸铁， “ KTZ ”表示珠光体可锻铸铁，牌号中的两项数字表示其最低抗拉强度和延伸率。 可锻铸铁的机械性能，特别是冲击韧性普遍较灰口铸铁高，但由于其成本高，故而应用不是很广泛，主要用于制造一些小型铸铁。 （3）球墨铸铁：按GB1348—78规定，球墨铸铁以“ QT” 表示，后面数字同可锻铸铁一样。 球墨铸铁不仅具有远远超过灰铁的机械性能，而且同样也具有灰铁的优点，如良好的减摩性、切削加工性及低的缺口敏感性，甚至可与锻钢媲美，如疲劳强度大致与中碳钢相近，耐磨性优于表面淬火钢等。此外，球墨铸铁还可适应各种热处理，使其机械性能提高到更高的水平。 球铁主要用来代替钢，如铁素体球墨铁可代替35、40#钢，珠 35CrMo、40CrMnMo 及20CrMnTi。 光体铸铁可代替
1.0影响材料性能的因素 2.01.1碳当量对材料性能的影响字串9 决定灰铸铁性能的主要因素为石墨形态和金属基体的性能。当碳当量（）较高时，石墨的数量增加，在孕育条件不好或有微量有害元素时，石墨形状恶化。这样的石墨使金属基体能够承受负荷的有效面积减少，而且在承受负荷时产生应力集中现象，使金属基体的强度不能正常发挥，从而降低铸铁的强度。在材料中珠光体具有好的强度、硬度，而铁素体则质底较软而且强度较低。当随着 C、Si的量提高，会使珠光体量减少，铁素体量增加。因此，碳当量的提高将在石墨形状和基体组织两方面影响铸铁铸件的抗拉强度和铸件实体的硬度。在熔炼过程控制中，碳当量的控制是解决材料性能的一个很重要的因素。 1.2合金元素对材料性能的影响 在灰铸铁中的合金元素主要是指Mn、Cr、Cu、Sn、Mo等促进珠光体生成元素，这些元素含量会直接影响珠光体的含量，同时由于合金元素的加入，在一定程度上细化了石墨，使基体中铁素体的量减少甚至消失，珠光体则在一定的程度上得到细化，而且其中的铁素体由于有一定量的合金元素而得到固溶强化，使铸铁总有较高的强度性能。在熔炼过程控制中，对合金的控制同样是重要的手段。 1.3炉料配比对材料的影响字串4 过去我们一直坚持只要化学成分符合规范要求就应该能够获得符合标准机械性能材料的观点，而实际上这种观点所看到的只是常规化学成分，而忽略了一些合金元素和有害元素在其中所起的作用。如生铁是Ti的主要来源，因此生铁使用量的多少会直接影响材料中Ti的含量，对材料机械性能产生很大的影响。同样废钢是许多合金元素的来源，因此废钢用量对铸铁的机械性能的影响是非常直接的。在电炉投入使用的初期，我们一直沿用了冲天炉的炉料配比（生铁：25~35%，废钢：30~35%）结果材料的机械性能（抗拉强度）很低，当我们意识到废钢的使用量会对铸铁的性能有影响时及时调整了废钢的用量之后，问题很快得到了解决，因此废钢在熔化控制过程中是一项非常重要的控制
影响切削力和切削温度的因素 影响因素 被影响的因素力温度 工件材料强度、硬 度 材料的强度、硬度越高，则屈服强度越高，切削 力越大。 材料的强度、硬度越高，温度越高。 塑性、韧 性 在强度、硬度相近的情况下，材料的塑性、韧性 越大，则刀具前面上的平均摩擦系数越大，切削 力也就越大。脆性材料，切削时一般形成崩碎切 屑，切屑与前面的接触长度短，摩擦小，故切削 力较小。 导热系数导热系数越低，温度越高 切削用量背吃刀量 和进给量 进给量f 增大时，切削力有所增加；（程度小） 背吃刀量a p增大时，切削刃上的切削负荷也随之 增大，即切削变形抗力和刀具前面上的摩擦力均 成正比的增加。（程度大） 从切削力和切削功率角度考虑，加大进给量比加 大背吃刀量有利。 切削温度与切削用量的关系式为： ) (C K v f a c z c y x p θ θ θ θ θ θ= 三个影响指数zθ＞yθ＞xθ，说明切削 速度对切削温度的影响最大，背吃刀量对切削 温度的影响最小。 切削速度切削速度在5～17m/min区域内增加时，积屑瘤高 度逐渐增加，切削力减小； 切削速度继续在17～27m/min范围内增加，积屑 瘤逐渐消失，切削力增加； 在切削速度大于27m/min时，积屑瘤消失，由于 切削温度上升，摩擦系数减小，切削力下降。一 般切削速度超过90m/min时，切削力无明显变化。 在切削脆性金属工件材料时，因塑性变形很小， 刀屑界面上的摩擦也很小，所以切削速度υc 对 切削力F c无明显的影响。 在实际生产中，如果刀具材料和机床性能许可， 采用高速切削，既能提高生产效率，又能减小切 削力。 刀具几何参数前角前角: γo↑→切削变形↓→切削力↓（塑性材 料） 前角γo↑→塑性变形和摩擦↓→切削温度。 但前角不能太大，否则刀具切削部分的锲角过 小，容热、散热体积减小，切削温度反而上升。 前角超过 20 ~ 18后，对降低切削温度 并无明显作用 负倒棱负倒棱参数大大提高了正前角刀具的刃口强度， 但同时也增加了负倒棱前角(负前角)参加切削的 比例，负前角的绝对值↑→切削变形程度↑→切 削力↑； 基本无影响 主偏角Fp=F D cosKr F f=F D SinKr Kr ↑→Fp ↓, Ff ↑（课本P47图1-52） 主偏角κr↑→切削刃工作接触长度↓，切削宽 度b D↓，散热条件变差，故切削温度↑ 刀尖圆弧 半径 rε↑→切削刃圆弧部分的长度↑→切削变形↑ →切削力↑。此外rε增大，整个主切削刃上各点 主偏角的平均值减小，从而使Fp增大、Ff 减小。 基本无影响 刃倾角λs↓→Fp↑, Ff↓,Fc基本不变
4 李亚非.G C 杯形砂轮修整碟形金刚石砂轮实验研究.金刚石与磨料磨具工程,2003(10):28～30 5 阎秋生,田中宪司,庄司克雄.小直径C BN 砂轮的磨削特 性研究———砂轮修整方法及砂轮要素参数选择.制造技术与机床,1999,9 6 庄司克雄.陶瓷结合剂金刚石砂轮的修整研究Ⅲ(1).金 刚石与磨料磨具工程,1993(1) 第一作者:于晓娟,硕士研究生,北京理工大学机械与车辆工程学院,100081北京市 收稿日期:2004年10月 刀具后刀面磨损量对切削力及加工表面粗糙度的影响 吴泽群 刘亚俊 汤 勇 陈 平 华南理工大学 摘 要:通过切削试验探索了在相同的工件材料、刀具材料、切削参数(切削深度、进给量)和不同的刀具磨损状态(后刀面磨损量)下,刀具后刀面磨损量(VB )对切削过程中的切削力及工件表面粗糙度的影响,并对这些影响的产生机理进行了讨论。 关键词:后刀面磨损量, 切削力, 表面粗糙度 E ffect of Tool Flank Wear on Cutting Force and Surface R oughness Wu Z equn Liu Y ajun T ang Y ong et al Abstract :The effect of the tool flank wear (VB )on the cutting force and the sur face roughness is studied ,basing on the ex 2periments with the same w orkpiece materials ,same tool materials ,same cutting parameters (depth of cut ,feed rate )and different tool conditions (focusing on different tool flank wears ).The mechanism production of these effects is als o discussed. K eyw ords :tool flank wear , cutting force , sur face roughness 1 引言 切削力是描述切削过程的一个基本参数。近年来,随着加工过程自动控制技术的发展,切削力已成为适应和控制切削过程的一个重要反馈参数。切削力的变化直接决定着切削热的产生、分布,并影响刀具的磨损状况和使用寿命,进而影响零件被加工表面的加工精度和已加工表面质量。 影响切削力的因素有很多,诸如车床的转速、切削深度、进给量、后刀面磨损量等。刀具的磨损量不仅对切削力的大小有影响,而且在金属的切削过程中,刀具的磨损与破损是影响加工零件精度和表面质量的重要因素,严重的刀具磨损还会引起切削颤振,损坏机床、刀具、工件等。 国内外对切削力影响因素的研究大多数都着眼于车床转速、切削深度等参数的选择,对刀具磨损对切削力影响的研究相对较少,而且有关刀具磨损对工件表面质量影响的研究也不多,因此,研究刀具磨损对切削力和表面粗糙度的影响具有一定的现实意义。 2 切削试验 211 试验条件 (1)试验设备:C M6140车床; 刀具材料:硬质合金Y W ; 被切削材料:45钢;(2)测量仪器:K istler 9441测力仪、K istler 5019A 多通道放大器、TR200粗糙度仪 。 图1 试验系统 212 试验参数的选择 刀具后刀面磨损量VB 是刀具磨损的重要指标之一。在一定范围内选择VB 的六个值,分别为0(未磨损的)、011mm 、012mm 、013mm 、014mm 、015mm 。 图2 后刀面磨损量VB 7 32005年第39卷№5
常用的刀具磨损检测方法比较 篇一：刀具的磨损和耐用度浅谈 刀具磨损和耐用度浅谈 刀具在切削金属的同时，本身也逐渐被磨损。当磨损到一定程度时，就需要更换刀具，否则会产生降低加工表面质量等不良后果。让我们先来看看刀具的磨损过程：常用的高速钢和硬质合金钢刀具的磨损过程如图所示，它反映了切削时间和刀具磨损之间的关系。正常磨损 后刀面磨损初期磨损 切削时间/ 1．初期磨损阶段 在该阶段中，由于是新刃磨的刀具，刀后面粗糙不平，后面与工件过渡表面间的实际接触面很小，压力大，磨损速度很快。初期磨损量与刀具刃磨质量有关，经过研磨的刀具初期磨损量小。 2．正常磨损阶段 刀后面经过初期的磨损后，粗糙度值降低，与工件过渡表面实际接触面积增大，压力减小，刀刃仍然比较锋利，磨损速度比较缓慢。该阶段切削过程平稳，持续时间长，是刀具的有效工作阶段。 3．急剧磨损阶段 当刀具磨损到一定程度后，刃口变钝，摩擦力增大，切削力和切削温度迅速上升，刀具材料的性能下降，引起刀具迅速磨损，直至完
全丧失切削性能。所以在切削过程中应避免刀具发生急剧磨损。 刀具的磨损过程又可看为刀具的钝化过程 从上述磨损过程可以看出，刀具在正常磨损阶段即将结束前，刀具必须及时重磨或可转位刀片转换刀刃。否则不仅会损坏刀具，而且会使工件的加工质量变坏。此时的刀具磨损量称为刀具的磨损限度。国家标准规定，把刀具磨损达到正常磨损阶段结束前的某一后面磨损量VB值作为刀具的磨损限度，即磨钝标准。因为刀具磨损后，切削力将增大，在柔性加工系统中，经常用切削力的某一数值作为刀具磨钝标准，以实现对刀具磨损状态的自动控制。 在实际生产中，采用与磨钝标准队赢得切削时间，即刀具耐用度来表示刀具已经磨钝，到了该换刀具的时候。所谓刀具耐用度，是指新磨好的刀具，由开始切削直到磨损量达到磨钝标准的总切削时间，用字母t表示，单位为min。刀具耐用度有时也可用加工同样零件的数量或切削路程长度来表示。 粗加工时，多为切削时间表示耐用度。例如，目前高速钢镗刀的耐用度为30~60min；硬质合金铣刀的耐用度为120~180min。高速钢钻头的耐用度为80~120min；成形刀具耐用度为200~300min。精加工时，常以走刀次数或加工零件个数表示刀具耐用度。 用刀具耐用度衡量磨损量的大小，比直接测量磨损量方便的多，因而在生产中广泛采用。刀具寿命则是指一把新刀从使用到报废为止的总的切削时间，它是刀具耐用度与磨刀次数的乘积。 篇二：刀具磨损原理及耐磨设计
铸铁的分类及其性能特点 一、铸铁的分类 铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。工业用铸铁是以铁、碳、硅为主要组成元素并含有锰、磷、硫等杂质的多元合金。普通铸铁的成分大致为2.0~4.0%C、0.6~3.0%Si、0.2~1.2%Mn\0.1~1.2%P、0.08~0.15%S。有时为了进一步提高铸铁的性能或得到某种特殊性能，还加入Cr、Mo、V、Al等合金元素或提高Si、Mn、P等元素含量，这种铸铁称作合金铸铁。 碳在铸铁中，除少量溶于基体外，绝大部分是以石墨或碳化物的形式存在于铸铁中。根据碳的存在形式不同，可将铸铁区分为白口铸铁和灰口铸铁两大类。 1.白口铸铁碳全部以渗碳体形式存在的铸铁称白口铸铁，断口呈银白色。这种铸铁组织中含有大量渗碳体和莱氏体共晶，因而其性能既硬又脆，所以不宜用作结构材料，一般都用作炼钢原料。 2.灰口铸铁碳全部或大部分以石墨形式存在的铸铁，称作灰口铸铁，其断口呈灰暗色。生产中多用来铸造各种机械零件。 按石墨的形态不同，灰口铸铁又可分为普通灰口铸铁，可锻铸铁及球墨铸铁。 （1）普通灰口铸铁其中碳大部分或全部以片状形式的石墨存在于铸铁中它也常简称为灰铸铁。一般情况下，其石墨片都比较粗大。但若在铁水浇注前，向铁水中加入一些能起形核作用的所谓孕育剂（通常是加入硅铁），将增加并加快石墨的形核，从而使石墨细化并且分布均匀。这种处理称作孕育处理，经过这种处理的灰口铸铁即称孕育铸铁。 （2）可锻铸铁它是由一定成分的白口铸铁经石墨化退火后形成。其中的碳全部或大部以团絮状石墨形式存在于铸铁中。它又称韧性铸铁或马铁。可锻铸铁实际上并不可锻，只不过具有一定塑而已。 （3）球墨铸铁简称球铁，其中的碳全部或大部分以球状石墨形式存在于铸铁中。它是灰口铸铁中机械性能最好的一种。 二、灰口铸铁的组织及性能特点 1.铸铁的石墨化过程在铸铁的冷凝过程中，原则上碳既可以渗碳体的形式析出，形成白口铸铁；也可以石墨的形式析出，形成灰口铸铁。析出石墨碳的过程，即称为石墨化。 至于碳究竟以哪种形式析出，主要取决于铸铁的化学成分及冷却速度。铝、碳及硅是最强烈促进石墨化的元素，而铬、硫及锰等是阻碍石墨化的元素。铸铁冷凝时，冷却速度愈慢，则愈易石墨化，反之愈易形成渗碳体。 一般的铁碳合金结晶时，照例是不易析出石墨的，但当含有足量的碳及硅时，在合金结晶时，就可能从液相中直接析出石墨碳（称为初生石墨）。合金在共晶线与共析线之间冷却时，既可以从奥氏体中直接析出石墨附着在初生石墨上，使之长大；也可能先析出渗碳体，而这渗碳体在缓慢的冷却过程中或恒温保温下，分解成铁素体和石墨。在这温度范围内的石墨化，常称作第一阶段石墨化。同理，在共析线以下冷却时，既可以由奥氏体直接共析分解为石墨和铁素体，也可以先形成珠光体，然后珠光体中的渗碳体再在保温过程中分解为石墨和铁素体，这称之为第二阶段石墨化。 石墨化过程有赖于碳原子的扩散，所以第一阶段石墨化由于温度较高，扩散条件较好，容易进行得比较完全。而第二阶段石墨化则由于温度角度，扩散条件较差，往往不能充分进行。在冷速较大时，只能部分石墨化或根本不能进行。
1.0 影响材料性能的因素 2.01.1 碳当量对材料性能的影响字串9 决定灰铸铁性能的主要因素为石墨形态和金属基体的性能。当碳当量（）较高时，石墨的数量增加，在孕育条件不好或有微量有害元素时，石墨形状恶化。这样的石墨使金属基体能够承受负荷的有效面积减少，而且在承受负荷时产生应力集中现象，使金属基体的强度不能正常发挥，从而降低铸铁的强度。在材料中珠光体具有好的强度、硬度，而铁素体则质底较软而且强度较低。当随着 C、Si的量提咼，会使珠光体量减少，铁素体量增加。因此，碳当量的提咼将在石墨形状和基体组织两方面影响铸铁铸件的抗拉强度和铸件实体的硬度。在熔炼过程控制中，碳当量的控制是解决材料性能的一个很重要的因素。 1.2 合金元素对材料性能的影响 在灰铸铁中的合金元素主要是指Mn、Cr、Cu、Sn、Mo 等促进珠光体生成 元素，这些元素含量会直接影响珠光体的含量，同时由于合金元素的加入，在一定程度上细化了石墨，使基体中铁素体的量减少甚至消失，珠光体则在一定的程度上得到细化，而且其中的铁素体由于有一定量的合金元素而得到固溶强化，使铸铁总有较咼的强度性能。在熔炼过程控制中，对合金的控制同样是重要的手段。 1.3 炉料配比对材料的影响字串4 过去我们一直坚持只要化学成分符合规范要求就应该能够获得符合标准机械性能材料的观点，而实际上这种观点所看到的只是常规化学成分，而忽略了一些合金元素和有害元素在其中所起的作用。如生铁是Ti的主要来源，因此生铁使用量的多少会直接影响材料中Ti的含量，对材料机械性能产生很大的影响。同样废钢是许多合金元素的来源，因此废钢用量对铸铁的机械性能的影响是非常直接的。在电炉投入使用的初期，我们一直沿用了冲天炉的炉料配比（生铁：25~35%，废钢：30~35%）结果材料的机械性能（抗拉强度）很低，当我们意识到废钢的使用量会对铸铁的性能有影响时及时调整了废钢的用量之后，问题很快得到了解决，因此废钢在熔化控制过程中是一项非常重要的控制 参数。因此炉料配比对铸铁材料的机械性能有着直接的影响，是熔炼控制的重点。
综合实验:灰铸铁力学性能测试 一、实验目的： 目的是培养学生，理论联系实际的学风，独立动脑分析问题，独立动手解决问题，独立设计实验方案，独立完成实验全过程，独立总结实验过程的实际工作能力和初步的创新能力。 二、实验内容 我们小组拿到的是灰铸铁试样，由小组8人进行不同的热处理工艺，如表所示：工艺编号 1 2 3 4 5 6 7 8 正火℃无860 无无无无无无 淬火℃无无860 （水） 860 （水） 860 （油） 860 （油） 860 （油） 860 （油） 回火℃无无无560 无560 460 260 我选择的工艺是第7组. 二、实验步骤： 2.对灰铸铁进行淬火，温度860℃，保温10分钟，淬火介质为油。 3.测试淬火后试样的硬度值（洛氏硬度试验机）。 4.对试样进行回火处理，温度460℃，保温60分钟，取出后空冷。 5.测试回火后的试样硬度值（洛氏硬度试验机）。 6.通过打磨、研磨、抛光、侵蚀，在金相显微镜下观察试样经过处理后的金相组织，观察后拍照。 三、实验结果： 1.试样硬度表（HRC） 试 样编号 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 120.9 11.6 42.7 -10.0 —-5.5 8.9 28 221.0 13.3 41.9 0.0 —-6.3 4.7 31.2 319.6 11.1 40.6 -8.5 —-4.7 8.8 26.1 422.9 10.0 35 -20.0 —-3.7 7.0 30.9 521.7 10.3 54.6 -11.3 —-6.5 8.0 31.5
平均21.22 11.26 42.96 -9.96 23.01-5.34 7.48 29.54 45#2—15.0 60.0 21.0 26.0 16.0 —— 1、此数据为我的式样测得的平均值； 2、45钢的硬度数据综合了其他组同学的数据； 3、一般资料上面对于铸铁硬度的表示采用的是布氏硬度，但由于布氏硬度测量麻烦，故我们采用洛氏硬度表示，必要时可进行硬度换算。 四、实验分析： 灰口铸铁是指含有片状石墨组织的铸铁，这种铸铁因其断面呈灰黑色而得名，其基体组织则分为三种类型：铁素体、珠光体及铁素体+珠光体，从组织可以看出灰口铸铁中的碳大部或全部以片状石墨形式存在（如图8），片状石墨单晶体是由许多薄片晶层叠集而成，薄片晶之间存在着许多亚结构，普通铸铁的石墨晶体中，总是存在许多晶体缺陷。灰口铸铁中的石墨与钢的基体相比，可以把灰铸铁的组织看做是“钢的基体”加上片状石墨的夹杂，石墨的力学性能几乎可以看做为“0” ，而片状石墨的存在相当于基体中许多小的裂纹，破坏了材料的连续性和整体性，减少了基体受力的有效面积，而且很容易在石墨片的尖端形成应力集中，是材料形成脆性断裂，所以灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性比钢低得多，石墨片的量愈多，尺寸愈大，其其影响也愈大。石墨虽然降低了铸铁的力学性能，但使铸铁获得了许多钢没有的优良性能。 灰铸铁的金属基体与碳钢基本相似，但由于灰铸铁内的硅、锰含量与碳钢相比较高，它们能溶解于铁素体中使铁素体得到强化。因此，铸铁中就金属基体而言，其本身的强度比碳钢要高。例如，碳钢中铁素体的硬度约为80HBS，而灰铸铁中铁素体的硬度约为100HBS，一般情况下铁素体灰口铸铁的硬度在143~229HBS(<0.9~22.5HRC)[布氏硬度值数据来自参考资料6，175页表7-1]。灰铸铁通常测定布氏硬度，因为布氏硬度试验范围适合测定铸铁，而且压痕面积大，能够覆盖较多显微组织，反映多相组织硬度综合值。但是由于实验室设备有限，以及我们操作能力不足，故而测定的是灰铸铁的洛氏硬度HRC，在必要条件下可通过查表换算出其大概的布氏硬度。有教材上说[7] ，灰口铸铁的布氏硬度值与同样基体的正火钢相近，这在上面硬度表中似乎得到说明。 基于以上原因老师指导我们按照45钢的热处理工艺处理灰铸铁，我们首先对灰铸铁试样进行了分析，在做金相分析后确定我们拿到的试样是铁素体基灰铸铁，如图1。我的试样按照预先设定的实验步骤进行处理。最后打硬度平均值为7.48，相当与布氏硬度170左右，属于143~229HBS范围之内，拍金相照片得到图6。 以下是不同工艺后拍的金相图片：
一、影响灰铸铁力学性能的主要因素： 化学成分（C、Si、Mn、P、S合金元素）灰铸铁的力学性能金相组织 石墨的形状、大小、分布工艺因素和冶金因素 和数量以及基体组织 工艺、冶金因素：主要有冷却速度，铁液的过热处理、孕育处理、炉料特性等（1）关于冷却速度的影响铸铁是一种对冷却速度敏感性很大的材料，同一铸件的厚壁和薄壁部分，内部和外表都可能获得相差悬殊的组织，俗称为组织的不均匀性。因为石墨化过程在很大程度上取决于冷却速度。影响铸件冷却速度的因素较多：铸件壁厚和重量、铸型材料的种类、浇冒口和重量等等。由于铸件的壁厚、重量和结构取决于工作条件，不能随意改变，故在选择化学成分时应考虑到它们对组织的影响。 （2）关于铁液孕育处理的影响孕育处理就是在铁液进入铸件型腔前，把孕育剂附加到铁液中以改变铁液的冶金状态，从而可改善铸铁的显微组织和性能。 对灰铸铁而言，进行孕育处理是为了获得A型石墨、珠光体基体、细小共晶团的组织，以及减少铸件薄壁或边角处的白口倾向和对铸件壁厚的敏感性；对可锻铸铁而言，是为了缩短短退火周期，增大铸件的允许壁厚和改善组织的结构；对球墨铸铁而言，是为了减少铸件白口倾向，提高球化率和改善石墨的圆整性。 （3）关于铁液过热处理的影响。提高铁液过热温度可以：①增加化合碳含量和相应减少石墨碳含量，②细化石墨，并使枝晶石墨的形成，③消除铸铁的“遗传性”，④提高铸件断面上组织的均匀性，⑤有利于铸件的补缩。同样，铁液保温也有铁液过热的类似作用。 （4）关于炉料特性的影响实际生产中往往发现改变金属炉料（例如采用
不同产地的生铁或改变炉料的配比等)而化学成分似乎无变化的情况下铸铁具有不同的组织和性能，这说明原材料的性质直接影响着用它熔炼出来的铸铁的性质，称为铸铁的：“遗传性”为此，采用提高铁液温度和使用多种铁料配料可消除这种“遗传性”，并改善铸铁的组织和性能。 综上所述，铸铁的工艺因素和冶金因素对铸铁的力学性能有着很大的影响，因此，不应忽视对这些影响因素的控制。 二、灰铸铁不可用热处理的方法来达到牌号要求 一般说来，热处理能在很大程度上改善铸造合金的组织和性能，但在灰铸铁条件下，热处理所能发挥的作用相对较小。在灰铸铁中，石墨对铸铁性能的影响很大，而任何的热处理方法都不能改变石墨的形态和分布，故不可通过热处理来有效地提高灰铸铁的性能使之达到牌号要求。 但是，提高灰铸铁力学性能的方法很多，如合理选配化学成分、改变炉料组成、过热处理铁液、孕育处理、微量或低合金化等，都可取得很好效果。 三、生产高牌号灰铸铁（孕育铸铁）的注意事项 生产产高牌号灰铸铁(一般指HT200以上)时，为了获得高的力学性能，必须尽可能地减少石墨的数量、减小石墨的长度。传统的方法就是降低铁液的碳、硅含量、提高铁液的冷凝速度，但幅度稍大时就会出现D型过冷石墨及白口，反而降低灰铸铁的力学性能。 在炉前或在浇注前往铁液中添加适量的、以硅铁为主的铁合金碎粒被称作孕育处理。孕育处理在铁液中提供大量的、石墨借以生核的生核质点。有效的孕育将促进石墨的析出，从而消除白口、细化片状石墨并使过冷石墨转变为无方向性均布石墨(A型石墨)，不但可大幅度地提高综合力学性能，同时还提高铸
错误！未指定书签。 专业CAD09-10班 作者姓名XXXX 指导教师XXXX 定稿日期：2017年09月10日
新疆工业高等专科学校机械工程系毕业设计（论文）任务书
注：此表发给学生后由指导教师填写，学生按此表要求开展毕业设计（论文）工作。
新疆工业高等专科学校机械工程系毕业设计（论文）成绩表
摘要 随着材料工业及精密机械工业的发展,精密切削、超精密切削和难切削材料使用的增多,刀具材料的应用日益广泛。材料刀具具有工效高、使用寿命长和加工质量好等特点,过去主要用于精加工,近几年来由于改进了人造超硬刀具材料的生产工艺,控制了原料纯度和晶粒尺寸,采用了复合材料和热压工艺等,应用范围不断扩大,除适于一般的精加工和半精加工外,还可用于粗加工,被国际上公认为是当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。,刀具寿命可比硬质合金高几十、甚至几百倍。同时它的出现,还使传统的工艺概念发生变化,利用超硬刀具常常可直接以车、铣代磨(或抛光),对淬硬零件加工,可用单一工序代替多道工序,大大缩短工艺流程。 关键词：刀具磨损；使用寿命；切削加工；因素
Abstract Along with material industry and precision machinery industry, precision machining, precision machining and the increased use of hard cutting materials, superhard tool materials are applied more and more extensively. Superhard material cutting tool has the advantages of high work efficiency, long service life and good processing quality and other characteristics, the past is mainly used for finish machining, in recent years due to the improvement of the artificial superhard tool materials production technology, control the purity of raw material and grain size, the composite materials and hot-pressing process, expanding the scope of application, suitable for in general the semi-finishing and finishing, can also be used for the rough machining, has been internationally recognized as the most promising contemporary productivity is one of the cutting tool materials. Use of superhard materials processing steel, cast iron, nonferrous metals and their alloys and other parts, the cutting speed than the carbide is one order of magnitude higher than the hard alloy, tool life, high dozens or even hundreds of times. At the same time, it appears, also make the traditional technology concept change, use of superhard cutting tools are often directly to the car, milling instead of grinding ( or polishing ), of hardened parts processing, can be used instead of single process procedures, greatly shorten the process. Key Word: tool wear; life; factors
灰铸铁缺陷产生的原因分析及预防措施 一、影响灰铸铁力学性能的主要因素： 化学成分（C、Si、Mn、P、S合金元素）灰铸铁的力学性能金相组织 石墨的形状、大小、分布工艺因素和冶金因素 和数量以及基体组织 工艺、冶金因素：主要有冷却速度，铁液的过热处理、孕育处理、炉料特性等（1）关于冷却速度的影响铸铁是一种对冷却速度敏感性很大的材料，同一铸件的厚壁和薄壁部分，部和外表都可能获得相差悬殊的组织，俗称为组织的不均匀性。因为石墨化过程在很大程度上取决于冷却速度。影响铸件冷却速度的因素较多：铸件壁厚和重量、铸型材料的种类、浇冒口和重量等等。由于铸件的壁厚、重量和结构取决于工作条件，不能随意改变，故在选择化学成分时应考虑到它们对组织的影响。 （2）关于铁液孕育处理的影响孕育处理就是在铁液进入铸件型腔前，把孕育剂附加到铁液中以改变铁液的冶金状态，从而可改善铸铁的显微组织和性能。 对灰铸铁而言，进行孕育处理是为了获得A型石墨、珠光体基体、细小共晶团的组织，以及减少铸件薄壁或边角处的白口倾向和对铸件壁厚的敏感性；对可锻铸铁而言，是为了缩短短退火周期，增大铸件的允许壁厚和改善组织的结构；对球墨铸铁而言，是为了减少铸件白口倾向，提高球化率和改善石墨的圆整性。 （3）关于铁液过热处理的影响。提高铁液过热温度可以：①增加化合碳含量和相应减少石墨碳含量，②细化石墨，并使枝晶石墨的形成，③消除铸铁的“遗传性”，④提高铸件断面上组织的均匀性，⑤有利于铸件的补缩。同样，铁液保
温也有铁液过热的类似作用。 （4）关于炉料特性的影响实际生产中往往发现改变金属炉料（例如采用不同产地的生铁或改变炉料的配比等)而化学成分似乎无变化的情况下铸铁具有不同的组织和性能，这说明原材料的性质直接影响着用它熔炼出来的铸铁的性质，称为铸铁的：“遗传性”为此，采用提高铁液温度和使用多种铁料配料可消除这种“遗传性”，并改善铸铁的组织和性能。 综上所述，铸铁的工艺因素和冶金因素对铸铁的力学性能有着很大的影响，因此，不应忽视对这些影响因素的控制。 二、灰铸铁不可用热处理的方法来达到牌号要求 一般说来，热处理能在很大程度上改善铸造合金的组织和性能，但在灰铸铁条件下，热处理所能发挥的作用相对较小。在灰铸铁中，石墨对铸铁性能的影响很大，而任何的热处理方法都不能改变石墨的形态和分布，故不可通过热处理来有效地提高灰铸铁的性能使之达到牌号要求。 但是，提高灰铸铁力学性能的方法很多，如合理选配化学成分、改变炉料组成、过热处理铁液、孕育处理、微量或低合金化等，都可取得很好效果。 三、生产高牌号灰铸铁（孕育铸铁）的注意事项 生产产高牌号灰铸铁(一般指HT200以上)时，为了获得高的力学性能，必须尽可能地减少石墨的数量、减小石墨的长度。传统的方法就是降低铁液的碳、硅含量、提高铁液的冷凝速度，但幅度稍大时就会出现D型过冷石墨及白口，反而降低灰铸铁的力学性能。 在炉前或在浇注前往铁液中添加适量的、以硅铁为主的铁合金碎粒被称作